(57)【要約】【課題】組立が容易な避雷器を提供する。【解決手段】外周部にスリット２、２ａを設けたパイプ１の内部に素子３を積層し、積層した素子と上部の電極４との間に皿バネ６を介在させて、素子３を上下の電極４、５で挟み込み、上下の電極４、５に凸部を設け、パイプ１の上部と下部とに凹部を設け、これら凸部と凹部とを嵌合させることにより上下の電極４、５とパイプ１との固定を行う。【選択図】  図１
2005019807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ部材の内部に非直線性の特性要素を積層し、その要素を上下から電極で挟み込み、上下の電極とパイプ部材とを固定してなる避雷器において、
前記パイプ部材にスリットを設けたことを特徴とする避雷器。
【請求項２】
前記スリットは、パイプ部材の上端と下端とから設け、上端から設けたスリットと下端から設けたスリットとの間にパイプ形状部を残すことを特徴とする請求項１に記載の避雷器。
【請求項３】
前記パイプ部材の上端から設けたスリットと下端から設けたスリットとの間に中間のスリットを設けて、前記上端から設けたスリットと前記中間のスリットとの間、および前記下端から設けたスリットと前記中間のスリットとの間にパイプ形状部を残すことを特徴とする請求項２に記載の避雷器。
【請求項４】
前記上下の電極に凸部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凹部を設け、これらの凸部と凹部とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の避雷器。
【請求項５】
前記上下の電極に凹部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凸部を設け、これらの凹部と凸部とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の避雷器。
【請求項６】
前記上下の電極に凹部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凹部を設け、これらの凹部とリング状部材とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の避雷器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雷サージ等による異常電圧から電気機器等を保護するための避雷器に係り、特に避雷器の特性要素を収納する構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
避雷器は、電気的性質の特性要素である酸化亜鉛を主成分とする素子、この素子の上下両端に配置される電極、およびこの電極間に組み込まれる素子を保持するためのＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスティック）等に代表される保持部材により構成される素子ユニット部と、素子ユニット部内の空間の充填および外部絶縁を担うポリマー材料（一般にシリコーンゴム等が用いられ、表面漏れ距離を確保するために、ひだ付きの形状が採用される）とから構成される。
【０００３】
前述のように素子ユニット部は、素子がＦＲＰ等の保持部材により保持されてユニット化される。このユニット化の方法としては、ＦＲＰ製のパイプを使用する方法と、ＦＲＰ製の棒、板材（平板、円弧版等）等の部材を使用する方法とが一般的である。
【０００４】
ＦＲＰ製のパイプを使用する方法を以下に説明する。図９に示すように、ＦＲＰ製のパイプ１の内部に素子３を積層し、積層した素子３の上部に皿バネ６を介在させて、素子３の上下両端に一対の電極４、５を配置し、電極４、５とＦＲＰ製のパイプ１とをネジ、接着剤等により固定して素子を保持しユニット化を行う。
【０００５】
また、ＦＲＰ製の棒部材を使用する方法を以下に説明する。図１０に示すように、積層した素子３の上部に皿バネ７を介在させて、素子３の上下両端に一対の電極４、５を配置し、素子３の周りにＦＲＰ製の棒部材１５を複数本配置し、上下の電極４、５に設けた装着穴にＦＲＰ製の棒部材１５を嵌合させて上下の電極４、５とＦＲＰ製の棒部材１５とを一体化し、素子３を保持してユニット化を行う。
【０００６】
なお、避雷器を電気機器側と接地側との間に取り付ける際に、避雷器の上下両端をボルトで締め付けるとねじれの方向に圧力がかかってしまう。また、素子の近くでアークが発生した際には、避雷器内部の圧力が上昇してしまう。これらの圧力により、避雷器にねじれが生じてしまうと電極と素子との密着性が低下し、導電性が低下する可能性がある。この問題を解決するために、ＦＲＰ製の棒部材を引張りの圧力を加えた状態で取り付けて、ＦＲＰ製の棒から電極間を圧縮させる力を作用させ、剛性が高く、圧力に対するねじれが小さい避雷器が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２３１５０９号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−２６０９０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ＦＲＰ製の棒部材を使用した場合には、アークの発生等により、避雷器内部の圧力が上昇しＦＲＰ製の棒部材が直接圧力を受けるとともに、部材と接着するシリコーンゴム等からなるポリマー材料の外被部分が膨張することによる圧力も受ける。ＦＲＰ製の棒部材の長さが長くなると剛性が小さくなるので、発生するモーメントが大きくなる。この結果、部材の幅、厚さを増す、または前記のようにＦＲＰ製の棒を引張の圧力をかけた状態で取り付ける等の対策が必要となり、避雷器製造のコストが増大してしまう。
【００１０】
また、ＦＲＰ製のパイプを用いた避雷器は、ＦＲＰ製の棒部材を用いた避雷器に比べて剛性が大きいので、ＦＲＰ製の棒部材を用いた避雷器に比べて避雷器にねじれが生じてしまう等の問題が起こる可能性は低い。しかし、ＦＲＰ製のパイプと電極とを固定する際はネジを用いるのが一般的であり（ＦＲＰ製のパイプと電極との双方にネジ加工を施し、ねじ込み、接着により固定する。または、電極に雌ネジを設け、その雌ネジと対応するＦＲＰ製のパイプの側面に雄ネジ貫通用の孔を設けネジ止めする等。）、このネジを用いた構造は組立作業の自動化が困難であり、量産に適していない。この結果、組立費用が増大し避雷器製造のコストが増大してしまうという問題がある。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、前記課題を解決した避雷器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するための請求項１記載の避雷器は、パイプ部材の内部に非直線性の特性要素（例えば、酸化亜鉛を主成分とする素子など）を積層し、その要素を上下から電極で挟み込み、上下の電極とパイプ部材とを固定してなる避雷器において、前記パイプ部材にスリットを設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の避雷器は、前記請求項１において、前記スリットは、パイプ部材の上端と下端とから設け、上端から設けたスリットと下端から設けたスリットのと間にパイプ形状部を残すことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の避雷器は、前記請求項２において、前記パイプ部材の上端から設けたスリットと下端から設けたスリットとの間に中間のスリットを設けて、前記上端から設けたスリットと前記中間のスリットとの間、および前記下端から設けたスリットと前記中間のスリットとの間にパイプ形状部を残すことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の避雷器は、前記請求項１〜３いずれかにおいて、前記上下の電極に凸部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凹部を設け、これらの凸部と凹部とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の避雷器は、前記請求項１〜３いずれかにおいて、前記上下の電極に凹部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凸部を設け、これらの凹部と凸部とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の避雷器は、前記請求項１〜３いずれかにおいて、前記上下の電極に凹部を設け、前記パイプ部材の上部と下部とに凹部を設け、これらの凹部とリング状部材とを嵌合させて、上下の電極とパイプ部材とを固定することを特徴とする。
【００１８】
請求項１の避雷器は、スリットを設けたことで圧力を逃がすことができ、パイプ部材の端部の加工、端部を広げること等が容易となり、またスリットから容易にポリマー材料を注入できる。また、パイプ部材により素子部がユニット化されており、棒部材を用いたユニット化に比べて組立が容易である。
【００１９】
請求項２の避雷器は、上端から設けたスリットと下端から設けたスリットの間にパイプ形状部を残しているので下記の作用効果がある。
【００２０】
通常の棒部材を使用した場合は両端固定となり、例えば長さＬの棒部材で、Ｗの等分布荷重を受けた場合のモーメントＭは
【００２１】
【数１】
2005019807.tif 000003
【００２２】
変位Ｄは
【００２３】
【数２】
2005019807.tif 000004
【００２４】
により表される（Ｅは部材材料のヤング率、Ｉは部材の断面２次モーメントである）。本発明ではパイプ形状部を残すことで、同じ長さの棒部材と比べて、パイプ部材の評価長さが１／２となり、前記数式１からモーメントの値は１／４に、前記数式２から変位の値は１／１６に低減できる。また、曲げモーメントに対し、部材には、曲がり側には圧縮力が、その反対側には引張力が発生する。引張力側は部材が破壊するまで荷重に耐えるが、圧縮側は圧縮力が大きくなるに伴い座屈を生じ、荷重を分担できなくなるため、結果として殆どの曲げ荷重を引張力側で担うことになってしまう。座屈の発生は固定条件が同じであれば部材の長さの２乗に反比例するため、本発明のパイプ部材は棒部材と比べて、評価長さが１／２であるので、棒部材の４倍の荷重まで座屈しない。すなわち圧縮加重を分担することができ、結果として同じ長さの棒部材と比べて曲げモーメントに対する剛性は大きい。
【００２５】
請求項３の避雷器は、中間のスリットを一または複数設けることで、パイプ形状部を２箇所以上残すことができる。これにより、評価長さを小さくすることができ、パイプ部材の長さが長くスリットの面積が大きいことによる剛性の低下を緩和することができる。
【００２６】
請求項４、５、６の避雷器は、電極とパイプ部材とを嵌合により固定できるので、組立に際してネジを用いる必要が無い。結果として組立が容易で、組立作業の自動化を実現しやすい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態に用いる素子ユニット部の断面図である。本発明では、パイプ１（例えば、ＦＲＰ製のパイプ）を用いて素子ユニット部のユニット化を行う。図１に示すように、上下部に複数のスリット２、２ａを設けたパイプ１の内部に素子３を積層し、積層した素子３と上部の電極４との間に皿バネ６を介在させて、素子３を上下の電極４、５で挟み込む。図１ではスリット２、２ａはそれぞれ４個設けた場合を示す。上下の電極４、５とパイプ１との固定は、図２に示すように、上下の電極４、５の外周に凸部８を設け、パイプ１の上部と下部とに凹部９を設け、これら凸部８と凹部９とを嵌合させることにより行う。また、上下の電極４、５に凹部を設け、パイプ１の上部と下部とに凸部を設けて、これらを嵌合させてもよい。また、図３に示すように、上下の電極４、５とパイプ１の上部と下部とに凹部１０、９を設けて、これらの凹部１０、９とリング部材１１とを嵌合させることもできる。これらの嵌合部に対応するパイプ１の外周部に脱落防止リング１２を取り付けることで、嵌合部の脱落を防ぐことができる。なお、前記パイプ１の素材はＦＲＰに限定されず、前記の機能を有するものであればよい。また、凸部と凹部の形状は、円形状、多角形状など、嵌合を行うことができればよい。なお、曲げ強度仕様、放圧の仕様が厳しい場合はコストアップとなるがネジによる固定も適用できる。
【００２９】
スリット２、２ａは図４に示すように、パイプ１の上端と下端とから中心方向に向けて設け、パイプ１の中心部はパイプ形状部１３を残すようにする。図４では、スリット２、２ａの数は上部に４つ、下部に４つ、合計８つ設けられているが、これに限定されるものではない。また、図４では、パイプ形状部１３は、スリット２、２ａを設けたパイプ部分よりも半径が大きくなっているが、これに限定されず、スリット２、２ａを設けたパイプ部分と同じ半径でもよい。また図４では、スリット２、２ａの先端は半円弧形状になっているがこれに限定されるものではなく、矩形形状、三角形状などでもよい。
【００３０】
前記のようにスリット２、２ａを設けることで、パイプ１の上下両端を容易に広げることができ、前記のように電極４、５とパイプ１とを嵌合により固定しやすくなる。嵌合による組立は、ネジによる組立に比べて作業が容易であり、作業の自動化を実現しやすい。また、素子ユニット部内の空間を充填するためのポリマー材料（シリコーンゴム等）をスリット２、２ａから容易に注入することができる。また、スリット２、２ａはガス放出部としての機能も果たし、異常電圧の印加等によりパイプ１内の圧力が増大した場合には圧力を逃がすことができ、避雷器の破損を防止することができる。
【００３１】
また、図５に記載の変形例について説明する。図５に示すように、スリット２、２ａの面積を大きくし、電極との固定に係る上下両端の面積を大きくしてパイプ１を構成する。スリット２、２ａの面積を大きくすることで、パイプ１内の圧力が増大した場合にも容易に圧力を逃がすことができる。また、上下両端の面積を大きくして電極との固定をより強固に行うことで、スリット２、２ａの面積増大に伴うパイプ１の強度の低下を補うことができる。
【００３２】
また、図６に記載の変形例について説明する。パイプ１の長さが長い場合には、パイプ１にかかる曲げモーメントの大きさは増大し、前記のようにしてスリット２、２ａを設けるとパイプ１の剛性は低下し、避雷器に圧力がかかった場合にねじれが発生する等の問題が生じる。そこで図６に示すように、スリット２と２ａとの間に中間のスリット２ｂを設けることによりパイプ形状部１３を２箇所以上残すことができ、パイプ１の剛性の低下を緩和することができる。なお、中間のスリット２ｂの数を増やすとパイプ形状部１３の数も増加し、さらにパイプ１の剛性の低下を緩和することができる。
【００３３】
また、図７に記載の変形例について説明する。図７に示すように、パイプ１の上端から設けたスリット２と下端から設けたスリット２ａとは、長さ方向に対して同じ直線状に位置してなくとも、得られる効果は前記のものと同じである。
【００３４】
また、図８に本発明の避雷器の構造例を示す。図８に示すように、外周部にスリット２、２ａを設けたパイプ１の内部に素子３を積層し、積層した素子３と上部の電極４との間に皿バネ６を介在させて、素子３を上下の電極４、５で挟み込み、上下の電極４、５に凸部を設け、パイプの上部と下部とに凹部を設け、これら凸部と凹部とを嵌合させる。また、ポリマー外被１４は、表面漏れ距離を確保するためにひだ付きの形状にすることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、以下の効果を奏する。
【００３６】
避雷器の組立の自動化が実現でき、避雷器の製造コストを低減できる。
【００３７】
スリットから圧力を逃がすことができ、避雷器の破損を防止できる。
【００３８】
パイプ形状部を残すことで、避雷器の剛性の低下を緩和できる。
【００３９】
パイプ部材を用いることで、棒部材と比べて避雷器の直径を小さくでき、小型軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の素子ユニット部の断面図
【図２】電極とパイプとの嵌合固定を示す要部拡大図。
【図３】電極とパイプとの嵌合固定を示す要部拡大図。
【図４】スリットを設けたパイプの構成図および矢視図。
【図５】スリットを設けたパイプの構成図および矢視図。
【図６】スリットを設けたパイプの構成図および矢視図。
【図７】スリットを設けたパイプの構成図および矢視図。
【図８】本発明の避雷器の断面図。
【図９】ＦＲＰ製のパイプを用いた避雷器の従来例。
【図１０】ＦＲＰ製の棒を用いた避雷器の従来例。
【符号の説明】
１…パイプ
２、２ａ、２ｂ…スリット
３…素子
４…上部電極
５…下部電極
６…皿バネ
８…電極の凸部
９…パイプの凹部
１０…電極の凹部
１１…リング部材
１２…脱落防止リング
１３…パイプ形状部
１４…ポリマー外被
１５…棒部材
【図１】
2005019807.tif 000005
【図２】
2005019807.tif 000006
【図３】
2005019807.tif 000007
【図４】
2005019807.tif 000008
【図５】
2005019807.tif 000009
【図６】
2005019807.tif 000010
【図７】
2005019807.tif 000011
【図８】
2005019807.tif 000012
【図９】
2005019807.tif 000013
【図１０】
2005019807.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月3日(2003.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
また、図６に記載の変形例について説明する。パイプ１の長さが長い場合には、パイプ１にかかる曲げモーメントの大きさは増大し、前記のようにしてスリット２、２aを設けるとパイプ１の剛性は低下し、避雷器に圧力がかかった場合に曲げ応力、変位が増大する等の問題が生じる。そこで図６に示すように、スリット２と２aとの間に中間のスリット２bを設けることによりパイプ形状部１３を２箇所以上残すことができ、パイプ１の剛性の低下を緩和することができる。なお、中間のスリット２bの数を増やすとパイプ形状部１３の数も増加し、さらにパイプ１の剛性の低下を緩和することができる。